У меня есть функция C, подпись которой выглядит так:
typedef double (*func_t)(double*, int)
int some_f(func_t myFunc);
Я хотел бы передать функцию Python (не обязательно явно) в качестве аргумента для some_f. К сожалению, я не могу позволить себе изменить объявление some_f, что он: я не должен менять C-код.
Одна очевидная вещь, которую я пытался сделать, - создать базовую функцию упаковки следующим образом:
cdef double wraping_f(double *d, int i /*?, object f */):
/*do stuff*/
return <double>f(d_t)
Тем не менее, я не могу придумать способ фактически "положить" его внутри тела wrapping_f.
Существует очень плохое решение этой проблемы: я мог бы использовать глобальную переменную объекта, но это заставляет меня копировать-вставлять несколько экземпляров по существу одной и той же функции-обертки, которая будет использовать разные глобальные функции (я планирую одновременно использовать несколько функций Python).
Я сохраняю свой другой ответ по историческим соображениям - он показывает, что нет никакого способа сделать то, что вы хотите без jit-компиляции, и помог мне понять, насколько отличным советом @DavidW в этом ответе было.
Для простоты я использую несколько более простую подпись функций и доверяю вам, чтобы изменить ее в соответствии с вашими потребностями.
Вот ctypes
закрытия, которая позволяет ctypes
делать jit-компиляцию за кулисами:
%%cython
#needs Cython > 0.28 to run because of verbatim C-code
cdef extern from *: #fill some_t with life
"""
typedef int (*func_t)(int);
static int some_f(func_t fun){
return fun(42);
}
"""
ctypedef int (*func_t)(int)
int some_f(func_t myFunc)
#works with any recent Cython version:
import ctypes
cdef class Closure:
cdef object python_fun
cdef object jitted_wrapper
def inner_fun(self, int arg):
return self.python_fun(arg)
def __cinit__(self, python_fun):
self.python_fun=python_fun
ftype = ctypes.CFUNCTYPE(ctypes.c_int,ctypes.c_int) #define signature
self.jitted_wrapper=ftype(self.inner_fun) #jit the wrapper
cdef func_t get_fun_ptr(self):
return (<func_t *><size_t>ctypes.addressof(self.jitted_wrapper))[0]
def use_closure(Closure closure):
print(some_f(closure.get_fun_ptr()))
И теперь, используя его:
>>> cl1, cl2=Closure(lambda x:2*x), Closure(lambda x:3*x)
>>> use_closure(cl1)
84
>>> use_closure(cl2)
126
Этот ответ больше в стиле Do-It-Yourself, и, хотя он не является неинтересным, вы должны обратиться к моему другому ответу за краткий прием.
Этот ответ взломан и немного выше, он работает только для Linux64 и, вероятно, его не следует рекомендовать, но я просто не могу помешать ему опубликовать его.
На самом деле существует четыре версии:
Для простоты я выбрал более простую подпись func_t
- int (*func_t)(void)
.
Я знаю, вы не можете изменить API. Тем не менее, я не могу отправиться в путешествие, полное боли, не говоря уже о том, насколько просто это может быть... Существует довольно распространенный трюк для подделки замыканий с указателями функций - просто добавьте дополнительный параметр в ваш API (обычно void *
), то есть:
#version 1: Life could be so easy
# needs Cython >= 0.28 because of verbatim C-code feature
%%cython
cdef extern from *: #fill some_t with life
"""
typedef int (*func_t)(void *);
static int some_f(func_t fun, void *params){
return fun(params);
}
"""
ctypedef int (*func_t)(void *)
int some_f(func_t myFunc, void *params)
cdef int fun(void *obj):
print(<object>obj)
return len(<object>obj)
def doit(s):
cdef void *params = <void*>s
print(some_f(&fun, params))
В основном мы используем void *params
чтобы передать внутреннее состояние замыкания в fun
и поэтому результат fun
может зависеть от этого состояния.
Поведение такое, как ожидалось:
>>> doit('A')
A
1
Но, увы, API такой, как есть. Мы могли бы использовать глобальный указатель и обертку для передачи информации:
#version 2: Use global variable for information exchange
# needs Cython >= 0.28 because of verbatim C-code feature
%%cython
cdef extern from *:
"""
typedef int (*func_t)();
static int some_f(func_t fun){
return fun();
}
static void *obj_a=NULL;
"""
ctypedef int (*func_t)()
int some_f(func_t myFunc)
void *obj_a
cdef int fun(void *obj):
print(<object>obj)
return len(<object>obj)
cdef int wrap_fun():
global obj_a
return fun(obj_a)
cdef func_t create_fun(obj):
global obj_a
obj_a=<void *>obj
return &wrap_fun
def doit(s):
cdef func_t fun = create_fun(s)
print(some_f(fun))
С ожидаемым поведением:
>>> doit('A')
A
1
create_fun
- это просто удобство, которое устанавливает глобальный объект и возвращает соответствующую оболочку вокруг оригинальной функции fun
.
NB: Было бы безопаснее сделать obj_a
Python-объектом, потому что void *
может стать болтающимся, но чтобы код был ближе к версиям 1 и 4, мы используем void *
вместо object
.
Но что, если одновременно используется более одного замыкания, скажем 2? Очевидно, что с помощью подхода, описанного выше, для достижения нашей цели необходимы два глобальных объекта и две функции обертки:
#version 3: two function pointers at the same time
%%cython
cdef extern from *:
"""
typedef int (*func_t)();
static int some_f(func_t fun){
return fun();
}
static void *obj_a=NULL;
static void *obj_b=NULL;
"""
ctypedef int (*func_t)()
int some_f(func_t myFunc)
void *obj_a
void *obj_b
cdef int fun(void *obj):
print(<object>obj)
return len(<object>obj)
cdef int wrap_fun_a():
global obj_a
return fun(obj_a)
cdef int wrap_fun_b():
global obj_b
return fun(obj_b)
cdef func_t create_fun(obj) except NULL:
global obj_a, obj_b
if obj_a == NULL:
obj_a=<void *>obj
return &wrap_fun_a
if obj_b == NULL:
obj_b=<void *>obj
return &wrap_fun_b
raise Exception("Not enough slots")
cdef void delete_fun(func_t fun):
global obj_a, obj_b
if fun == &wrap_fun_a:
obj_a=NULL
if fun == &wrap_fun_b:
obj_b=NULL
def doit(s):
ss = s+s
cdef func_t fun1 = create_fun(s)
cdef func_t fun2 = create_fun(ss)
print(some_f(fun2))
print(some_f(fun1))
delete_fun(fun1)
delete_fun(fun2)
После компиляции, как и ожидалось:
>>> doit('A')
AA
2
A
1
Но что, если нам нужно одновременно указать произвольное количество указателей на функции?
Проблема в том, что нам нужно создавать функции-обертки во время выполнения, потому что нет способа узнать, сколько нам потребуется при компиляции, поэтому единственное, что я могу придумать, - это jit-compile эти функции-обертки когда они необходимы.
Функция обертки выглядит довольно просто, здесь в ассемблере:
wrapper_fun:
movq address_of_params, %rdi ; void *param is the parameter of fun
movq address_of_fun, %rax ; addresse of the function which should be called
jmp *%rax ;jmp instead of call because it is last operation
Адреса params
и fun
будут известны во время выполнения, поэтому нам просто нужно связать - замените placeholder в результате машинного кода.
В моей реализации я следую более или менее этой замечательной статье: https://eli.thegreenplace.net/2017/adventures-in-jit-compilation-part-4-in-python/
#4. version: jit-compiled wrapper
%%cython
from libc.string cimport memcpy
cdef extern from *:
"""
typedef int (*func_t)(void);
static int some_f(func_t fun){
return fun();
}
"""
ctypedef int (*func_t)()
int some_f(func_t myFunc)
cdef extern from "sys/mman.h":
void *mmap(void *addr, size_t length, int prot, int flags,
int fd, size_t offset);
int munmap(void *addr, size_t length);
int PROT_READ # #define PROT_READ 0x1 /* Page can be read. */
int PROT_WRITE # #define PROT_WRITE 0x2 /* Page can be written. */
int PROT_EXEC # #define PROT_EXEC 0x4 /* Page can be executed. */
int MAP_PRIVATE # #define MAP_PRIVATE 0x02 /* Changes are private. */
int MAP_ANONYMOUS # #define MAP_ANONYMOUS 0x20 /* Don't use a file. */
# |-----8-byte-placeholder ---|
blue_print = b'\x48\xbf\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00' # movabs 8-byte-placeholder,%rdi
blue_print+= b'\x48\xb8\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00' # movabs 8-byte-placeholder,%rax
blue_print+= b'\xff\xe0' # jmpq *%rax ; jump to address in %rax
cdef func_t link(void *obj, void *fun_ptr) except NULL:
cdef size_t N=len(blue_print)
cdef char *mem=<char *>mmap(NULL, N,
PROT_READ | PROT_WRITE | PROT_EXEC,
MAP_PRIVATE | MAP_ANONYMOUS,
-1,0)
if <long long int>mem==-1:
raise OSError("failed to allocated mmap")
#copy blueprint:
memcpy(mem, <char *>blue_print, N);
#inject object address:
memcpy(mem+2, &obj, 8);
#inject function address:
memcpy(mem+2+8+2, &fun_ptr, 8);
return <func_t>(mem)
cdef int fun(void *obj):
print(<object>obj)
return len(<object>obj)
cdef func_t create_fun(obj) except NULL:
return link(<void *>obj, <void *>&fun)
cdef void delete_fun(func_t fun):
munmap(fun, len(blue_print))
def doit(s):
ss, sss = s+s, s+s+s
cdef func_t fun1 = create_fun(s)
cdef func_t fun2 = create_fun(ss)
cdef func_t fun3 = create_fun(sss)
print(some_f(fun2))
print(some_f(fun1))
print(some_f(fun3))
delete_fun(fun1)
delete_fun(fun2)
delete_fun(fun3)
И теперь ожидаемое поведение:
>>doit('A')
AA
2
A
1
AAA
3
Посмотрев на это, возможно, есть изменения, которые можно изменить API?
void*
) и 4 (приятно видеть, как на самом деле вы будете создавать функцию времени выполнения). Я думаю, что должно быть предупреждение о «повторном подсчете» для подходаvoid*
- это не редкость, когда обратный вызов и указатель данных сохраняются на потом, и вам нужно быть осторожным, чтобы убедиться, что объект выживет до тех пор